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    文章首先介绍了数字水印技术前在国内外发展状况以及数字水印技术发展前景;接着讨论了数字水印技术概念和特性;最后以基于matlab空域和DCT域数字水印实例介绍数字水印实现过程。 关键词数字水印DCTMATLAB 中图分类号TP309 文献标识码A 文章编号1007-9416(2011)03-0088-02 Researchandapplicationofdigitalwatermarkingtechnology AbstractThispaperhasintroducedthedevelopmentprospectsofstateofdevelopmentanddigitalwatermarkingtechnologyathomeandabroadatpresentofdigitalwatermarkingtechnologyatfirst;ThenhasdiscussedtheConceptandcharacteristicofdigitalwatermarkingtechnology;Introducetherealizationcourseofthedigitalwatermarkingwithandigitalwatermarkingembodimentofairspacebasedonmatlabfinally. KeywordsDigitalWatermarking;DCT;MATLAB 1、引言 多媒体数据数字化为多媒体信息存取提供了方便和快捷,同时也提高了信息准确性、共享性。随着网络普及和发展,数字化信息传播已经随处可见,影响着我们生活,发布形式越来越多样,发布内容越来越丰富。如今可以通过网络发布信息、资源共享、买卖交易等。但是随着数字化技术发展,暴露出问题也越来越严重。如作品侵权更加容易,篡改更加方便。因此如何充分利用网络资源,又能有效保护知识产权,以受到人们高度重视。数字水印技术是解决这些问题有效技术手段。 数字水印技术有着良好应用前景数字水印技术最主要应用应该是对数字作品版权保护问题,这也是当前热点问题;商务交易中票据防伪,可以通过数字水印技术来制造不可见防伪标识,从而增加伪造难度,保证商家和客服利益;数字水印技术可以创建声像数据隐藏标识和篡改提示,数字水印技术创建标识信息在原始文件上是看不到,只有通过一些阅读程序、一些特殊方式才能够读取,通过水印状态可以很容易判断出声像数据是否有变动;数字水印技术可以隐蔽通信,利用数字化声像信号相对于人视觉、听觉冗余,可以进行各种时(空)域和变换域信息隐藏,进而实现隐蔽通信。 2、数字水印相关理论 2.1数字水印技术 数字水印技术是一种信息隐藏技术,它在各种数字作品中嵌入隐藏信息,从而保护数字作品版权、保证产品真实性、打击盗版行为或者提供一些产品附加信息,其中隐藏信息可以是版权标识、用户信息或者是产品相关说明。 2.2数字水印基本特性 (1)可证明性能够为受到保护产品归属提供可靠证明,从而避免所有权纠纷,保护合法利益。(2)不可感知性其实就是隐蔽性,在数字作品中嵌入数字水印后,不会引起明显质量下降,也不易被发现,即便采用统计方法也不能提取或证明水印存在。在图像中嵌入水印,在视觉上也是不可见,不会影响图像质量。(3)鲁棒性是数字水印技术重要指标。它指在水印产品过程中经过多种信号处理操作,比如A/D与D/A转换,有损压缩,滤波,重采样和噪声污染等,经过这些操作后,仍能从水印图像中提取出其中水印或者是证明水印存在。若攻击者试图破坏水印,将导致水印产品损坏。 3、数字水印技术应用实例 3.1基于空域图像数字水印技术(LSB)实例 空域图像水印技术是指在图像空间域中嵌入水印技术。最简单和有代表性方法就是水印信息代替图像最低有效位(LSB)或者多个位平面所有比特算法,这里水印是指二值比特序列。LSB(LeastSignificantBites)表示是最不重要位,有时也称为最低有效位或简称最低位。图像最低有效位也称为最不明显位,它是指数字图像像素值用二进进制表示时最低位。 由于LSB位平面携带着水印,因此在嵌入水印图像没有产生失真情况下,水印恢复很简单,只需提取含水印图像LSB位平面即可,而且这种水印方法是盲检测算法。 下面以一个在空域嵌入和提取二值图像水印程序为例,给出使用MATLAB实现数字水印实现过程(1)读取原始图像和二值水印图像并显示。(2)将原始图像每个像素值从8bit压缩为7bit。(3)然后将水印图像像素值作为作为原始图像像素值第8个比特(LSB)嵌入水印,得到嵌入二值水印后图像。(4)对嵌入水印后图像进行JPEG压缩(一种水印攻击)。(5)读取嵌入水印后图象,得到每个像素点LSB位。(6)每个LSB位对应水印一个像素值,还原水印图像。 原始图像和水印图像大小都是128*128,其中原始图像是256灰度级图像,水印图像是二值图像。以原始图像为载体,以水印图像为水印;将水印图像分别替换原始图像8个位平面中一个,获得8个图像,从左至右水印替换位平面逐渐升高。嵌入水印后图像失真随着位平面升高而增加,使用LSB位平面时图像几乎看不到失真,而使用MSB位平面是图像失真最大。 如果对直接提取出水印图像、对嵌入水印后图像进行旋转90度后提取出图像、对嵌入水印后图像进行70%JPEG压缩后提取出图像进行比较后可以发现LSB算法最大缺陷是对信号处理和恶意攻击稳定性比较差,对嵌入水印图像进行简单压缩处理后,就无法正确提取水印。 3.2基于DCT域图像数字水印技术实例 离散余弦变换(DiscreteCosineTransform)简称DCT。任何连续实对称函数傅里叶变换中只含有余弦项,因此余弦变换与傅里叶变换一样有明确物理意义,DCT变换矩阵基向量很近似于Toepliz矩阵(系数矩阵对称且沿着与主对角线平行任一对角线上元素都相等)特征向量,而Toepliz矩阵又体现了人类语言及图像信号相关特性,故DCT常常被认为是对语音和图像信号准最佳变换,同时DCT算法较易于在数字信号处理器中快速实现,因此它前在图像编码中占有重要地位,成为一系列有关图像编码国际标准(JPEG、MPEG、H.261等)主要环节。 下面以一个在DCT域嵌入和提取二值图像水印程序为例,给出使用MATLAB实现数字水印实现过程(1)读取原始图像和二值水印图像到二维数组I与J。(2)将原始图像I分割为M*M/64个互不覆盖图像块block(x,y),对block(x,y)进行以DCT变换,得到blockdct(x,y)。(3)取二值水印图像中一个元素J(p,q),嵌入原始图像块低频系数中。(4)对嵌入水印信息后图像块blockdct(x,y)进行反DCT变换,得到block(x′,y′)。(5)合并图像块,得到嵌入二值水印后图像。(6)对嵌入水印后图像进行JPEG压缩(一种水印攻击)。(7)将原始图象和嵌入水印后图像分割为M*M/64个互不覆盖图像块block1(x,y)和block2(x,y)对block1(x,y)和block2(x,y)进行以DCT变换,比较两者大小得到水印图像像素值,还原水印图像。 从图1中可以看出,嵌入水印信息后,2个图像在视觉上并没有明显差异,用肉眼是看不出来,这说明在图像中嵌入水印后,水印不可见性比较好,图像在嵌入水印前后视觉效果差别不大,不影响图像质量。随着压缩参数变化提取出水印失真越大,但是在压缩参数比较大时候基本能准确提取出水印图像。可见,这种基于DCT水印算法具有很强鲁棒性,对几何变换和信息处理等图像操作有很强免疫力,可以看到JPEG压缩后,在很高压缩率下,仍能提取出清晰水印图像。 3、结语 数字水印技术作为一种新兴安全保护技术,表现出其显着作用和功效,有别于传统数据加密技术或安全认证技术,为安全保护领域带来了新思路。但是文章中还存在着一些需要改进和完善内容,比如如果有很多水印被嵌入到图像中,如何知道嵌入顺序等等。综上所述,本文在以图像为载体数字水印技术实现上作了一些有益尝试,并取得了一定实践经验。这些方案提出和算法实现还只是探索性质,仍然需要进一步研究和完善。 参考文献 [1]钟桦,刘芳,焦李成.一种解决版权问题数字水印方案.电子与信息学报,Vol.25,No.2.2003. [2]王炳锡等.数字水印技术,西安电子科技大学出版社,2003.11. [3]陶虹,周良柱,袁金荣.MATLAB与VisualC++混合编程实现.计算机工程与应用,2000,10100~101,104. [4]C.T.HsuandJ.L.Wu,Multiresolutionwatermarkingfordigitalimages,IEEETrans.onCircuitsandSystemsII-AnalogandDigitalSignalProcessing,Vol.45,No.8,pp.1097-1101,1998.

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